概率论与数理统计课件：2011xiech1-1.2.ppt

1、 1.2 概率的定义及计算概率的定义及计算历史上概率的三次定义历史上概率的三次定义 公理化定义 统计定义 古典定义概率的最初定义基于频率的定义1930年后由前苏联数学家柯尔莫哥洛夫给出设在 n 次试验中，事件 A 发生了m 次， 频率频率nmfn则称 为事件 A 发生的 频率频率频率的性质频率的性质q 1)(0Afnq 1)(nfq 事件 A, B互斥，则)()()(BfAfBAfnnn可推广到有限个两两互斥事件的和事件非负性非负性归一性归一性可加性可加性稳定性稳定性某一定数某一定数)()(limAPAfnnq 投一枚硬币观察正面向上的次数 n = 4040, nH =2048, f n( H

2、 ) = 0.5069 n = 12000, nH =6019, f n( H ) = 0.5016n = 24000, nH =12012, f n( H ) = 0.5005频率稳定性的实例频率稳定性的实例 蒲丰蒲丰( Buffon )投币投币 皮尔森皮尔森( Pearson ) 投币投币例例 Dewey G. 统计了约438023个英语单词 中各字母出现的频率, 发现各字母出现 的频率不同：A: 0.0788 B: 0.0156 C: 0.0268 D: 0.0389E: 0.1268 F: 0.0256 G: 0.0187 H: 0.0573I: 0.0707 J: 0.0010 K:

3、 0.0060 L: 0.0394M: 0.0244 N: 0.0706 O: 0.0776 P: 0.0186Q: 0.0009 R: 0.0594 S: 0.0634 T: 0.0987U: 0.0280 V: 0.0102 W: 0.0214 X: 0.0016Y: 0.0202 Z: 0.0006 频频 率率 的的 应应 用用第五章指出第五章指出:当试验次数较大时有当试验次数较大时有事件发生事件发生的的概概 率率事件发生事件发生的的频频 率率根据如下百年统计资料可得根据如下百年统计资料可得世界每年发生大地震的概率世界每年发生大地震的概率 近百年世界重大地震近百年世界重大地震1905.0

4、4.04 克什米尔地区 8.0 88 万1906.08.17 智利瓦尔帕莱索港地区 8.4 2 1917.01.20 印度尼西亚巴厘岛 1.5 万1920.12.16 中国甘肃 8.6 10 万1923.09.01 日本关东地区 7.9 14.2 万1935.05.30 巴基斯坦基达地区 7.5 5 万 时 间 地 点 级别死亡“重大”的标准 震级 7 级左右 死亡 5000人以上 时 间 地 点 级别死亡1948.06.28 日本福井地区 7.3 0.51 万1970.01.05 中国云南 7.7 1 万1976.07.28 中国河北省唐山 7.8 24.2 1978.09.16 伊朗塔巴斯

5、镇地区 7.9 1.5 1995.01.17 日本阪神工业区 7.2 0.6 万1999.08.17 土耳其伊兹米特市 7.4 1.7 万2003.12.26 伊朗克尔曼省 6.8 3 万2004.12.26 印尼苏门答腊岛附近海域 9.0 15 万世界每年发生大地震概率约为世界每年发生大地震概率约为1414% % 世界性大流感每世界性大流感每30-4030-40年发生一次年发生一次 近百年世界重大流感1918年年 西班牙型流感西班牙型流感 H1N1亚型亚型4 4亿人感染亿人感染 50005000万人死亡万人死亡1957年年 亚洲型流感亚洲型流感 H2N2 亚型亚型1968年年 香港型流感香港

6、型流感 H3N2 亚型亚型2020天传遍美国天传遍美国 半年席卷全球半年席卷全球 概率的概率的统计定义统计定义概率的定义概率的定义在相同条件下重复进行的 n 次试验中, 事件 A 发生的频率稳定地在某一常数 p 附近摆动, 且随 n 越大摆动幅度越小, 则称 p 为事件 A 的概率, 记作 P(A).对本定义的评价对本定义的评价优点：直观 易懂缺点：粗糙 模糊不便使用 设 是随机试验E 的样本空间，若能找到一个法则，使得对于E 的每一事件 A 赋于一个实数，记为P ( A ), 称之为事件 A 的概率，这种赋值满足下面的三条公理：q 非负性：0)(,APAq 归一性：1)(P11)(iiiiA

7、PAPq 可列可加性：,21AA其中 为两两互斥事件， 概率的公理化定义概率的公理化定义概率的性质概率的性质q 0)(Pq )(1)(APAP1)( APq 有限可加性: 设 nAAA,21两两互斥niiniiAPAP11)(q 若BA)()()(APBPABP)()(BPAPq 对任意两个事件A, B, 有 )()()(ABPBPABP BAB=AB+(B A)P(B)=P(AB)+ P(B AB) B - ABABq 加法公式：对任意两个事件A, B, 有 )()()()(ABPBPAPBAP)()()(BPAPBAP推广推广：)()()()()()()()(ABCPBCPACPABPCP

8、BPAPCBAP)() 1()()()()(2111111nnnnkjikjinjijiniiniiAAAPAAAPAAPAPAP一般一般：右端共有 项.12 n例例1 1 小王参加“智力大冲浪”游戏, 他能答出甲、乙二类问题的概率分别为0.7和0.2, 两类问题都能答出的概率为0.1. 求小王解解 事件A , B分别表示“能答出甲,乙类问题”(1)6 . 01 . 07 . 0)()()(ABPAPBAP(1) 答出甲类而答不出乙类问题的概率 (2) 至少有一类问题能答出的概率 (3) 两类问题都答不出的概率(2)8 . 0)()()()(ABPBPAPBAP(3)2 . 0)()(BAPB

9、AP例例2 2 设A , B满足 P ( A ) = 0.6, P ( B ) = 0.7, 在何条件下， P(AB) 取得最大(小)值？ 最大(小)值是多少？解解)()()()(ABPBPAPBAP)()()()(BAPBPAPABP3 . 01)()(BPAP1)(BAP最小值在 时取得 6 . 0)()(APABP 最小值 最大值)()(BPBAP最大值在 时取得 最小值是否正确？ 例2 中回答当 时, 取得BA)(BAP这相当于问如下命题是否成立答：不成立 ！BA1)(BAP 式是式是“ “羊肉包子打狗羊肉包子打狗 ” ”有去路有去路,没回路没回路为什么呢？学了几何概型便会明白.设 随

10、机试验E 具有下列特点：q 基本事件的个数有限q 每个基本事件等可能性发生则称 E 为 古典(等可能)概型古典概型中概率的计算：记 中包含的基本事件总数n的基本事件个数组成 Ak nkAP/)(则古典（等可能）概型古典（等可能）概型 概率的概率的古典定义古典定义排列组合有关知识复习排列组合有关知识复习加法原理：完成一件事情有n 类方法，第 i 类方法中有 mi 种具体的方法，则完成这件事情 niim1种不同的方法乘法原理：完成一件事情有n 个步骤，第 i 个步骤中有 mi 种具体的方法，则完成这件事情 niim1种不同的方法共有 共有 排列排列 从 n 个不同的元素中取出 m 个 (不放 回地

11、）按一定的次序排成一排不同的 排法共有) 1()2)(1(mnnnnAmn全排列全排列!nAnn可重复排列可重复排列 从 n 个不同的元素中可重复地 取出 m 个排成一排, 不同的排法有mn种不尽相异元素的全排列不尽相异元素的全排列 n 个元素中有 m 类，第 i 类中有 个相同的元素，ik,21nkkkm将这 n 个元素按一定的次序排成一排，!21mkkkn种不同的排法共有mkkk,21nkkkm21，不同的分法共有多组组合多组组合 把 n 个元素分成 m 个不同的组（组编号）， 各组分别有 个元素， nnkkkknknCCC211种组合组合 从 n 个不同的元素中取出 m 个(不放 回地）

12、组成一组， 不同的分法共有)!( !mnmnCmnbam例例3 3 袋中有a 只白球，b 只红球，从袋中按不放回与放回两种方式取m个球（ ),求其中恰有 k 个 （ ）白球的概率mkak ,bam) 1() 1)()(mbababaAnmba解解 （1）不放回情形不放回情形E: 球编号，任取一球，记下颜色，放在一边， 重复 m 次:记事件 A 为m个球中有k个白球，则)!(!)!(!)!( !kmbbkaakmkmAACnkmbkakmA又解又解 E1: 球编号, 一次取 m 个球,记下颜色mbaCn11:记事件 A 为m个球中有k个白球，则kmbkaACCn不放回地逐次取 m 个球, 与一次

13、任取 m 个球算得的结果相同.则mbakmbkakmAAACAP)(mkak ,因此mbakmbkaCCCAP)(mkak ,称超几何分布（2）放回情形放回情形E2: 球编号, 任取一球, 记下颜色, 放回去, 重复 m 次mban)(22:记 B 为取出的 m 个球中有 k 个白球, 则mkmkkmbabaCBP)()(kmkkmbabbaaCbaap记),min(, 2 , 1)1 ()(makppCBPkmkkm称二项分布二项分布 设有 k 个不同的球, 每个球等可能地落入 N 个盒子中（ ）, 设每个盒子容球数无限, 求下列事件的概率:Nk（1）某指定的 k 个盒子中各有一球；（4）恰

14、有 k 个盒子中各有一球；（3）某指定的一个盒子没有球；km（2）某指定的一个盒子恰有 m 个球( )（5）至少有两个球在同一盒子中；（6）每个盒子至多有一个球.例例4 4 （分房模型）（分房模型）解解kNn 设 (1) (6)的各事件分别为61AA 则!1kmAkANknmAP!)(11kkNNkCAP!)(4kkNNAP) 1()(3kmkmkNNCAP) 1()(2kkNkNkCNAP!)(5)(14APkANm) 1(3mkmkANCm) 1(2!4kCmkNA!5kCNmkNkA!6kCmkNA)()(46APAP例例4的的“分房模型分房模型”可应用于很多类似场合可应用于很多类似场合

15、“球”可视为人“盒子”相应视为房子信封信钥匙门锁女舞伴生日人男舞伴例例5 5 “分房模型分房模型”的应用的应用生物系二年级有 n 个人，求至少有两人生日相同（设为事件A ) 的概率.解解为 n 个人的生日均不相同,这相当于A本问题中的人可被视为“球”，365天为365只“盒子”.若 n = 64，每个盒子至多有一个球. 由例4（6）nnnCAP365!)(365.365!1)(1)(365nnnCAPAP.997. 0)(AP31解解.5040410An例例6 6 在0,1,2,3, ,9中不重复地任取四个数，求它们能排成首位非零的四位偶数的概率.设 A为“能排成首位非零的四位偶数” 四位偶数

16、的末位为偶数, 故有 种可能15C而前三位数有 种取法,由于首位为零的四39A 位数有 种取法,所以有利于A发生的取1248C A229628143915ACACnA 法共有 种.904150402296)(AP2121AAAAA解解nn9 设 A 表示事件 “n 次取到的数字的乘积能被10整除”设 A1 表示事件 “n 次取到的数字中有偶数” A2表示事件 “n 次取到的数字中有5”A = A1 A2例例7 7 在1,2,3, ,9中重复地任取 n ( )个数, 求 n 个数字的乘积能被10整除的概率.2 nnAP951nnAP982nnAAP9421 nnnnAAPAPAPAAPAP948

17、5212121 .94851nnnnAP 将15 名同学(含3 名女同学), 平均分成三组. 求(1) 每组有1 名女同学(设为事件A)的概率；(2) 3 名女同学同组(设为事件B)的概率解解55510515CCCn （1）1112134448412CCCCCCnA9125)(AP（2）5551021213CCCCnB916)(BP例例8 8 把标有 1,2,3,4 的 4 个球随机地放入标有 1,2,3,4 的 4 个盒子中，每盒放一球，求至少有一个盒子的号码与放入的球的号码一致的概率。解解 设 A 为所求的事件设 Ai 表示 i 号球入 i 号盒， i = 1,2,3,4则41iiAA4

18、, 3 , 2 , 1,41! 4! 3)(iAPi例例9 9( 类似于教材 P.18 例13 )41,121! 4! 2)(jiAAPji41,241! 4! 1)(kjiAAAPkji241)(4321AAAAP4141)()()(jijiiiAAPAPAP85)()(432141AAAAPAAAPkjikji由广义加法公式1o 明确所作的试验是等可能概型,有时需设计符合问题要求的随机试验, 使其成为等可能概型.3o 计算古典概率时须注意应用概率计算的有关公式, 将复杂问题简单化. 如例7.2o 同一题的样本空间的基本事件总数 随试验设计的不同而不同, 如 例3不放回试验的两种不同设计.

19、一般 越小越好.nn计算古典概率注意事项计算古典概率注意事项若P(A) 0.01 , 则称A为小概率事件.小概率事件 一次试验中小概率事件一般是不会发生的. 若在一次试验中居然发生了,则可怀疑该事件并非小概率事件.小概率原理( 即实际推断原理 )例例1010 区长办公室某一周内曾接待过9次来 访, 这些来访都是周三或周日进行的,是否 可以断定接待时间是有规定的？解解 假定办公室每天都接待，则P( 9次来访都在周三、日) = = 0.00001279972这是小概率事件,一般在一次试验中不会发 发生. 现居然发生了, 故可认为假定不成立,从而推断接待时间是有规定的. 柯尔莫哥洛夫 ( A. H.

20、 1903-1987 ) 1939年任苏联科学院院士.先后当选美,法,意,荷,英,德 等国的外籍院士 及皇家学会会员. 为 20 世纪最有影响的俄国数学家.俄国数学家 柯尔莫哥洛夫为开创现代数学的一系列重要分支作出重大贡献. 他建立了在测度论基础上的概率论公理系统, 奠定了近代概率论的基础. 他又是随机过程论的奠基人之一,其主要工作包括: 20年代 关于强大数定律、重对数律的基本工作; 1933年在概率论的基本概念一文中提出的概率论公理体系(希尔伯特第6问题) 30年代建立的马尔可夫过程的两个基本方程; 用希尔伯特空间的几何理论建立弱平稳序列的线性理论; 40年代完成独立和的弱极限理论,经验分

21、布的柯尔莫哥洛夫统计量等; 在动力系统中开创了关于哈密顿系统的微扰理论与K系统遍历理论; 50年代中期开创了研究函数特征的信息论方法, 他的工作及随后阿诺尔德的工作解决并深化了希尔伯特第13问题用较少变量的函数表示较多变量的函数 ;60年代后又创立了信息算法理论; 1980年由于它在调和分析, 概率论,遍历理论 及 动力系统方面 出色的工作获沃尔夫奖; 他十分重视数学教育,在他的指引下,大批数学家在不同的领域内取得重大成就.其中包括.M.盖尔范德,B.阿诺尔德, .西奈依等人. 他还非常重视基础教育, 亲自领导了中学 数学教科书的编写工作. 问问 题题 2 已知 P ( A ) = P ( B

22、 ) = P(C) = 1/4 , P(AB) = 0 , P(AC) = P(BC) = 1/6 则事件A，B，C 全不发生的概率为 .通过做此题 你能发现什么问题？ （此题是1992年考研填空题） 设样本空间为有限区域 , 若样本点落入 内任何区域 G 中的概率与区域G 的测度成正比, 则样本点落入G内的概率为的测度的测度GAP)(1.3 1.3 几何概型几何概型例例1111 某人的表停了，他打开收音机听电台报时，已知电台是整点报时的，问他等待报时的时间短于十分钟的概率9点10点10分钟616010)(AP几何概型几何概型 (等可能概型的推广)例例1212 两船欲停同一码头, 两船在一昼夜

23、内独立随机地到达码头. 若两船到达后需在码头停留的时间分别是 1 小时与 2 小 时，试求在一昼夜内，任一船到达时，需 要等待空出码头的概率.解解 设船1 到达码头的瞬时为 x , 0 x 24 船2 到达码头的瞬时为 y , 0 y 0)的一些平行直线， 现向此平面任意投掷一根长为l(a)的针，试求针与任一平行直线相交的概率。M axsin2lx x 解：以x表示针投到平面上时，针的中点M到最近的一条平行的距离， 表示针与该平行线的交角，则针落在平面上的位置可由（x, )完全确定(如下图所示）。投针实验的所有可能结果与如下矩形 区域一一对应：S=(x, )|0 ,20ax设所求事件为A, 则A与如图区域一一对应：G=(x, )|0 ,sin20lx故所求的概率为.22sin2)()()(0aladlSGAPMonte-Carlo 模拟法用此例来计算的近似值。